说起地球上最绚丽、最神秘的景观，极光算是其中之一了。近日，央视新闻在视频号发布了一段北极圈爆发绚丽极光的视频，瞬间引爆朋友圈。大自然的鬼斧神工看得让人惊叹！

说起极光，很多人也许不知道，受日冕物质抛射影响，3月23日至24日，地球上出现了特大地磁暴，导致极光增强现象。

“这是从2019年12月太阳进入第25个太阳周以来爆发得最强的一次地磁暴。”中国气象局空间天气首席科学家、国家空间天气监测预警中心研究员乐贵明接受记者采访时说。

但你知道吗，突如其来的“美丽极光”其实也暗含着危险。地磁暴为何引发极光？它对地球有什么影响？听听专家怎么说。

地磁暴的著名副产品——极光

对地磁暴这个概念，大家可能比较陌生，但是地磁暴有一个非常著名的副产品——极光­。不光是在两极地区，生活在美国和英国等部分地区的人们，近期都观测到罕见的极光。极光其实就是地磁暴可视化的表现。极光是地面上能用肉眼看到的，由太阳风与磁层相互作用产生的一种自然现象。

【小知识】“极光”这一术语来源于拉丁文“伊欧斯”这个词。传说“伊欧斯”是希腊神话中“黎明”的化身，是希腊神“泰坦”的女儿，太阳神和月亮女神的姐姐。“极光”这一名称却来源于罗马神话中的织架女神“奥罗拉”（Aurora）， 她掌管极光，代表旭日东升前的黎明。

乐贵明表示，要了解这个问题，首先需要知道地球磁场磁力线的空间分布。

在中低纬地区，地球磁力线是闭合的。外来的带电粒子不容易穿越磁力线。在纬度比较高的区域，地球磁力线是开放的，这使得太阳风中的带电粒子能沿着开放的磁力线进入到极区上空、当带电粒子与极区上空的大气发生相互作用时，就会产生极光。

由上可见，极光的形成必备三大要素：太阳风(高能带电粒子流)、地球磁场和大气层。

磁暴期间，太阳风与磁层相互作用后注入到极区的粒子会大幅度增加，注入地球磁场的纬度范围也会扩大，从而导致极区极光增强而且能扩展到更低的纬度。按照国家标准，地磁暴强度Kp指数可将其划分为五个级别（小、中等、大、特大、超大），此次地磁暴Kp指数高达8，达到了特大地磁暴级别。国家空间天气监测预警中心空间天气预报台副台长毛田说：“这次强度很强，近15年也只发生过5次这么强的地磁暴现象，近些年来比较少见。”

图片2009-2023年特大地磁暴发生频次统计。数据/国家空间天气监测预警中心 制图/王美丽

极光越美越危险？地磁暴威胁航天器运行和地球通信

“极光虽然好看，但越绚丽的极光，意味着地磁暴越强烈，对地面通信和航天器运行威胁就越大。”乐贵明表示。

2022年2月，美国太空探索技术公司（SpaceX）发射升空的49颗星链卫星，就因受到地磁暴影响，使得38颗“星链”卫星无法进入轨道。据悉，2022年2月地磁暴强度级别只是达到最小级别，为何会造成如此大损失？

当地时间2022年2月3日，美国佛罗里达州肯尼迪航天中心，SpaceX 启动了最新的星链（Starlink）任务 图/新京报

根据国家空间天气监测预警中心综合分析，地磁暴发生后，给地球两极地区注入巨大能量，其规模可能超过了中等地磁暴所引起的能量注入，随后能量传递给高层大气中，造成大气被加热，并向低纬扩散。低层大气受热膨胀，导致卫星轨道上的大气密度增加，使得卫星所受阻力增大。因为没有准确预估卫星轨道受影响的严重程度，所以才引起卫星无法进入预定轨道。轨道高度在300公里以下的卫星受磁暴影响是非常大的，而SpaceX的星链当时所处的轨道正好处于这一高度范围内。

除了威胁航天器运行，地磁暴还会威胁地球短波通信。短波通信是一个严重依赖地球电离层的通信方式。电离层是一个时时刻刻都在变化的传输媒质，当有地磁暴发生时，电离层电子密度随高度的分布会发生很大的变化，从而造成不同频率的无线电波的反射高度发生变化；这时如果还采用无磁暴时的电波传播信号，这些信号的反射高度会降低，导致在电波原有的接收点接收到的信号会大幅度衰减，甚至完全接收不到，从而造成短波通信的中断。 

地磁暴影响前（左图），电离层可用频带范围（蓝色方框中的红色分布点）为2~10.65兆赫兹，地磁暴影响期间（右图），电离层可用频带范围明显变窄，为2~4.10兆赫兹

乐贵明表示，本次地磁暴影响期间，短波信号衰减幅度超过50%。磁暴期间导航定位都会受到很大的影响，这对飞过极区或者航线要经过高纬地区的航线会造成严重影响，此时这些航线就需要依据空间天气状况制定航线了。在此次特大地磁暴发生期间，作为国际民航组织（ICAO）全球空间天气中心当值中心的国家空间天气监测预警中心，及时向国际民航组织发布了地磁暴和短波通讯出现的信息。

此外，强地磁暴影响期间，电网和地下管网（如石油和天然气管道，海底光缆的外保护管等）也会受到影响。

如何科学应对地磁暴？

地磁暴威力如此大，那么我们如何规避和减小它带来的威胁呢？乐贵明表示，规避地磁暴威胁最有效的手段就是密切监测太阳活动、及时准确研判并预报其可能造成的地磁暴。

太阳活动的监测与预报是空间天气的一项重要工作，一直以来，国家空间天气监测中心在地面布设望远镜，在风云卫星上也有对紫外波段的成像观测设备以及对软X射线的流量、多能段的太阳高能粒子流量的监测，为空间天气预报提供了重要支撑。

本次地磁暴爆发期间，国家空间天气监测中心紧密监测、及时反应，第一时间向ICAO发布了《ICAO空间天气咨询报》，3月23日夜间到26日地磁暴影响期间，共发布空间天气咨询报14份，并滚动对未来发生状态进行了准确预测，为全球民航提供了及时和高质量的服务。

“这次特大地磁暴是国家空间天气监测中心为ICAO全球空间天气中心执行任务期间出现的最强磁暴，这次磁暴过程中我们的应对以及为ICAO提供的服务，说明我们团队完全能够胜任ICAO的值班任务，这也是对我们实力的一次检验。”乐贵明说道。

而参与此次值班的国家空间天气监测中心的宋茜和韩大洋说：“每一次值班都需要非常仔细、谨慎，当这次罕见特大地磁暴发生时，我们有一整套规章制度和流程，指导值班人员该如何做，所以也没觉得慌乱。”韩大洋表示，参与ICAO值班期间，当有空间天气发生时，需要做到眼快、手快、心快，这次团队人员应对得都非常好。

太阳活动具有11年左右的周期，从2019年12月份开始，太阳进入第25个太阳活动周。近一年多，太阳活动明显增强，强爆发事件时有发生，国家空间天气监测预警中心利用天地一体化空间天气监测体系对太阳活动和空间天气进行密切监测并及时发布预报，为相关部门提供服务和决策依据。毛田表示：“太阳将进入本活动周的峰年，强太阳活动总体上会越来越频繁，我们将一如既往地努力，做好空间天气的监测预报预警服务工作。”

（作者：王美丽 责任编辑：闫泓）